ОБЩАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Химическая технология (ХТ) - естественная, прикладная наука о способах и процессах производства продуктов (предметов потребления и средств производства), осуществляемых с участием химических превращений технически, экономически и социально целесообразным путем. Объектом исследования ХТ является химическое производство. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ - наука о способах переработки сырьевых и техногенных материалов в целевые продукты, реализуемых с использованием химических превращений. Конечной целью ХТ как прикладной науки является создание способов производства. Способ производства - это совокупность всех операций, которые проходит сырье до получения из него продукта. Химическое производство - система соединенных потоками машин и аппаратов, в которых осуществляется химико-технологический процесс. Цель исследования – создание высокоэффективных химико- технологических систем для получения необходимых человечеству продуктов.
Классификация химических производств Неорганическая химическая технология: Основной неорганический синтез – производство кислот, щелочей, солей и минеральных продуктов; Тонкий неорганический синтез – производство неорганических препаратов, реактивов, редких элементов, материалов электроники, лекарственных веществ и др.; Ядерно-химическая технология – производство продуктов и материалов ядерно-химического комплекса; Металлургия – производство черных и цветных металлов; Технология силикатов – производство вяжущих материалов, керамических изделий, стекла.
Органическая химическая технология: Переработка нефти и газа – первичное разделение, очистка и облагораживание газообразных, жидких и твердых природных ископаемых углеводородов; Нефтехимический синтез – производство органических продуктов и полупродуктов из подвергнутых первичной переработке нефтепродуктов и оксидов углевода и водорода; Основной органический синтез – производство органических продуктов на основе, главным образом, углеводородного сырья; Биотехнология – производство кормовых дрожжей, аминокислот, ферментов, антибиотиков и других продуктов на основе биологических и биохимических процессов; Тонкий органический синтез – производство органических препаратов, реактивов, лекарственных веществ, средств защиты растений и др; Высокомолекулярная технология – получение высокомолекулярных соединений (синтетический каучук, пластмассы, химические волокна, пленкообразующие вещества); Технология переработки растительного и животного сырья.
Перспективы и основные направления 1. комплексное использование природных ресурсов (комбинирование процессов) 2. улучшение технологических процессов а) увеличение масштабов аппаратов б) интенсификация работы аппаратов в) механизация производственных процессов г) комплексная автоматизация и дистанционное управление процессами д) замена периодических процессов непрерывными 3. Создание крупномасштабных производств новых видов химических продуктов и сырья многоцелевого назначения. Такими продуктами являются H2, NH3, CH3OH и др. 4. Энергосберегающие технологии (использование теплоты реакции и снижение энергозатрат) 5. Создание безотходных производств 6. Методы интенсификации ХТС (внедрение атомной техники, плазменной и лазерной технологии, использование фотохимических, радиационно-химических и биохимических процессов)
Состав химического производства
Характеристика химических примесей Сероводород (H 2 S). Из сернистых соединений, входящих в состав природных газов, сероводород является наиболее активным. В нормальных условиях - это бесцветный газ с запахом тухлого яйца, плотностью 1,93 кг/куб м. Сероводород – сильный нервно- паралитический яд: острое отравление человека наступает при концентрации 0,2-0,3 мг/л, а концентрация 1 мг/л – смертельна. ПДК его в воздухе рабочих помещений составляет 0,01 мг/л. Сероводород обладает также высокой коррозионной агрессивностью, наличие влаги в газе усиливает коррозионное действие сероводорода и других кислых компонентов. В частности, для химических синтезов содержание сероводорода в технологическом газе иногда может находиться в пределах от 1 до 50 мг/м 3. Природный газ очищают даже при малых количествах в нем сероводорода, поскольку его допустимое содержание в газе, закачиваемом в магистральные газопроводы, не должно превышать 20 мг/м 3. Характеристика химических примесей
Степень превращения (степень конверсии) реагента (Х) – это отношение количества превращенного реагента к введенному в реакционную систему количеству этого реагента. Количества реагента могут быть выражены в единицах массы, молях, в мольных потоках (количество молей вещества, поступающее в реактор или выходящее из реактора в единицу времени) и, даже, в единицах объема, взятых при одинаковых условиях (температуре и давлении).
Селективность – важнейший показатель сложного ХТП, характеризующий эффективность превращения сырья в целевой продукт. Селективность образования продукта по реагенту (φ) – это отношение количества этого реагента, превратившегося в продукт, к общему количеству превратившегося реагента. В отличие от выхода, селективность не учитывает не превратившийся реагент, поэтому этот показатель более чувствителен к соотношению различных направлений химического превращения.
Выход продукта по данному реагенту называют отношение количества реагента, превратившегося в данный продукт, к количеству этого реагента, введенного в систему. Эквивалентная формулировка: выход продукта по данному реагенту – это отношение количества продукта, полученного практически, к количеству этого продукта, которое должно быть получено из введенного количества данного реагента в соответствии с уравнением реакции.
П =G/t, П =G/,
Производительность труда имеет количественные или стоимостные выражения, и, соответственно, размерность «тонн в год на работающего» или «руб. в год на работающего».
Материальный и тепловой балансы для потоков
ГОМОГЕННЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. Сущность оптимальных температур
Грануляция в кипящем слое разработана французской фирмой «Перломатик». Капли жидкой серы, охлаждаемые водой и воздухом, затвердевают и, поднимаясь в грануляторе вверх с воздушным потоком, продолжают смачиваться жидкой серой, которая застывает на их поверхности. Гранулы растут и по достижении размеров 4-7 мм выпадают из потока и выводятся из аппарата. Более современным является процесс «Прокор», который занимает в Канаде второе место по объему производства сферических гранул твердой серы. В этом процессе используется вращающийся барабанный гранулятор, а в качестве хладоагента увлажненный воздух. В основном преобладают установки производительностью 500 т/сутки. Стоимость такой установки 2 млн долл США. Получение продукта высокого качества требует тщательного соблюдения технологического режима. Барабанные установки «Прокор» имеют сложную схему, трудны в управлении, содержат много оборудования (барабанный гранулятор, транспортеры, воздуходувки, вибросита, насосы подачи серы, форсунки и т.д.) Воздушно-башенная грануляция была разработана и внедрена в Финляндии в 1962 году. Технология процесса состоит в диспергировании плава серы форсунками с помощью сжатого воздуха в верхней части грануляционной башни. Капли серы, падая в полости башни, остывают, кристаллизуются и попадают на дно башни, служащее одновременно хранилищем гранул. На смену этому процессу пришел более перспективный – способ воздушной грануляции, разработанный в Польше. Сера, диспергированная наверху башни, падает вниз в противотоке восходящего воздуха, гранулы в нижней части попадают на конусное дно и через отверстие в центре – на транспортную ленту.
Молотая сера - продукт размола комовой серы, характеризующийся определенным гранулометрическим составом. Степень измельчения различна для разных областей применения. Измельчение проводят сначала в дробилке, затем в мельнице. Наиболее эффективны струйные мельницы, дающие возможность получить тонкий помол (менее 2 мкм), а также особо чистые продукты, так как измельчение происходит не за счет истирания продукта о стенки или движущиеся части аппарата, а в следствие соударения частиц серы друг с другом. Для грануляции порошковой серы применяют способ прессового гранулирования. Различные технологии отличаются лишь тем, на какой стадии процесса вводят специальные связующие добавки. В СНГ разработано несколько способов грануляции порошковой серы, отличающихся от известных составом связующей добавки. Разработчики этих способов – Львовский ВНИПИСЕР и ВНИИГАЗ, связующие вещества – битумы, стеариновая кислота, синтетические жирные кислоты в виде водной эмульсии с триэтаноламином и др
Коллоидная сера – это молотая сера с размером частиц менее 20 мкм, применяется в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и в медицине в виде противовоспалительных и дезинфицирующих растворов. Получают ее различными способами – размолом серы до мелкодисперсного состояния, из расплавленной серы и ее паров, химическим путем, с использованием растворителей. Способ получения коллоидной серы путем размола широко распространен, так как позволяет использовать в качестве сырья самую различную кристаллическую элементарную серу (комовую, гранулированную, чешуированную и др.). Ведущее место в получении коллоидной серы этим способом занимают немецкие фирмы, например фирма «Байер».
Способ получения коллоидной серы из расплавленной либо паров был внедрен в США в 1925 году. По этой технологии сера смешивалась с бентонитом, образовывался «серный бентонит», способный давать с водой устойчивые суспензии. Основной недостаток этой технологии низкое (не более 25%) содержание серы в растворе. Предложены более перспективные технологии – путем охлаждения паров серы с инертным газом или жидкостью (сероуглерод, бензол, ксилол). Экстракционные способы получения коллоидной серы заключаются в том, что серу растворяют в органических растворителях, затем растворитель испаряют и получают коллоидную серу. Эти способы не находят широкого применения из-за высокой токсичности, пожароопасности растворителей и сложности отмывки от них серы.
Специальные виды серы представлены высокочистой и медицинской. Высокочистая сера применяется в электронной технике, при изготовлении оптических приборов, люминофоров. Для её получения используют химические, дистилляционные и кристаллизационные методы. Медицинская сера находит применение в производстве фармацевтических и косметических препаратов. Она входит в состав многих лосьонов, мазей, препаратов против кожных болезней.